Анатолий Овчинников - Рассуждения об основах математики

Пример 1. Прямолинейное равноускоренное движение. Пусть s – путь, проходимый точкой; a – ускорение точки; t – время движения точки. Из формулы

находим

Но мы, однако, принимаем во внимание только решение с плюсом:

Но почему? Ведь отрицательное решение вовсе не противоречит математическому аппарату. Мы отбрасываем решение с минусом потому, что здесь мы пока ещё помним о том, что математический аппарат может одинаково безупречно описывать как то, что происходит, так и то, что не происходит в реальном мире. Не существует экспериментов, где время движения точки оказалось бы отрицательным.

Пример 2. Дифференциальные уравнения. Как известно, любое дифференциальное уравнение дает бесконечное множество решений. И только некоторые из этих решений описывают то, что происходит на самом деле. Подавляющая часть этих решений не имеет никакого отношения к описанию реального положения дел. Почему нас это не удивляет? Да потому, что и здесь мы пока ещё помним, что математический аппарат безупречно может описывать как то, что происходит, так и то, что не происходит. Чтобы решение описывало то, что происходит, нужно задать «правильные», реально существующие начальные и граничные условия, а это дело можно поручить только физику. Почему? Потому, что только физик имеет дело с первоначальными, реальными измерениями физических величин, и уж он-то знает, каковы эти величины бывают на самом деле. Если, например, поручить это дело математику, то он может задать «несбыточные» начальные и граничные условия. А потому и решение дифференциального уравнения будет описывать «несбыточные» процессы. Но очень часто даже физик имеет весьма туманное представление о начальных и граничных условиях, а тогда, дифференциальное уравнение становится совершенно бесполезной вещью.

Пример 3. Производная координаты по времени и дифференциал времени. Пусть s – путь, проходимый точкой; t – время движения; v – скорость точки. Производная пути по времени (скорость) в математическом анализе выражается формулой

.

Но что означает символ

В математическом анализе это означает, что Δt стремится к нулю и слева (оставаясь меньше нуля) и справа, оставаясь больше нуля. Производная существует, если в обоих этих случаях предел один и тот же:

.

Математический аппарат обязательно требует, чтобы Δt в формуле могло быть как меньше нуля, так и больше нуля. В противном случае определение производной будет противоречиво (если пределы слева и справа – различны, то производная в данной точке не существует). А что говорят реальные опыты (эксперименты)? В реальных опытах Δt никогда не бывает меньше нуля. Время – специфическая физическая величина, её измерение связано с подсчетом числа произошедших событий (периодов часов). Ситуация когда

не имеет места, ни в каких опытах, и поэтому

не существует в природе, но существует в математическом анализе .

Таким образом, когда физик смотрит, например, на уравнение

,

то он отчетливо должен понимать, что в эту одну формулу математический аппарат совершенно безупречно вложил два решения:

1-ое, когда

и оно (и только оно) реализуется в опытах.

2-ое, когда

и оно никогда не реализуется в опытах.

Аналогичная ситуация возникает, когда мы говорим о числе произошедших событий N и их приращении ΔN . В реальности ни dt , ни dN никогда не бывают математическими дифференциалами (назовем их «полудифференциалами»). Но математик-то обязан их объявить дифференциалами потому, что этого требует непротиворечивость математического аппарата.

Таким образом, если некто смотрит на формулу